Тема 5. Корпусные детали, смазочные и уплотняющие устройства

Лекция № 15. Корпусные детали смазочные и  уплотняющие устройства.

Вопросы, изложенные в лекции:

1.      Корпуса агрегатов и корпусные детали.

2.      Смазка механизмов и смазочные устройства.

3.      Уплотняющие устройства.

Корпуса агрегатов и корпусные детали.

В предыдущих лекциях были рассмотрены свойства передач и соединений деталей машин, а также способы их проектного и проверочного расчётов. Однако для объединения всех деталей и образования из них единого работоспособного механизма или тем более машины необходимы корпусные детали, свойства которых и представлены в настоящей лекции.

Корпус (от латинского corpus – тело, сущность, единое целое)  деталь или группа сочленённых деталей, предназначенная для размещения и фиксации подвижных деталей механизма или машины, для защиты их от воздействия неблагоприятных факторов внешней среды, а также для крепления механизмов в составе машин и агрегатов. Кроме того, корпусные детали весьма часто выполняют роль ёмкости для хранения эксплуатаци­онного запаса смазочных материалов.

Корпусные детали составляют значительную часть (иногда до 80 %) массы машин или механизмов. Разрушение корпусных деталей в процессе работы наиболее часто ведет к необратимой аварии машины, то есть к потере последней.

В подвижной технике корпусными деталями являются рамы автомобилей, корпуса двигателей, коробок передач, раздаточных коробок, коробок отбора мощности, ведущих мостов и некоторых других узлов.

Классификация корпусных деталей:

1) По степени конструктивной сложности 

1.1)       простые, не имеющие внутренних перегородок, рёбер и приливов;

1.2)       сложные.

2) По сообщённости внутреннего пространства с внешней средой 

2.1)                  закрытые, внутренняя полость которых, как во время работы, так и в неработающем состоянии, полностью изолирована от внешней среды;

2.2)                  полузакрытые, внутренняя полость которых может сообщаться с внешней средой в отдельные моменты (часть времени) работы машины (механизма) или в неработающем состоянии;

2.3)                  открытые, внутренняя полость которых постоянно сообщена с внешней средой.

3) По пригодности для хранения эксплуатационного запаса смазочных материалов 

3.1) сухие корпуса, не предназначенные для хранения эксплуатационного запаса смазочных материалов;

3.2) маслонаполненные, ёмкость которых достаточна для хранения эксплуатационного запаса смазочных материалов.

4) По основному материалу, из которого изготовлены детали корпуса 

4.1) металлические (чугун, сталь литая, сталь сварная, лёгкие сплавы  алюминиево-кремниевые, алюминиево-магниевые);

4.2)неметаллические (пластики, дерево, фанера).

Смазка механизмов и смазочные устройства.

Защита элементов механизма от неблагоприятных факторов внешней среды ещё не гарантирует нормальной его работы. Одним из необходимых условий длительной и эффективной работы любого механизма является смазывание поверхностей трения.

Смазыванием называют подведение смазывающего материала к поверхностям трения механизма с целью снижения потерь энергии в механизме, уменьшения скорости изнашивания поверхностей трения и защиты этих поверхностей от коррозии.

В зависимости от времени смазывание различают

–          разовое (например, смазывание подшипников асинхронных электродвигателей),

–          периодическое (например, смазка шарниров рулевого управления и элементов ходовой части автомобилей при техническом обслуживании) и

–          непрерывное (например, смазка зубьев шестерен в коробках передач, главных передач автомобилей);

от способа подвода смазывающего агента к поверхностям трения 

–          картерную смазку (смазку окунанием; например, в коробках передач автомобилей),

–          циркуляционную смазку (например, смазка подшипников скольжения ДВС);

от количества пар трения, обслуживаемых системой смазки 

–          индивидуальная (смазывающий агент подается только к одной па­ре трения),

–          централизованная (смазывающий агент подается к нескольким па­рам трения).

Подачу смазывающего агента к поверхностям трения обеспечивают смазочные устройства. Конструкция смазочных устройств определяется особенностями и ответственностью проектируемого механизма или машины в целом, режимом её работы, размерами элементов пары трения, условиями эксплуатации и многими другими факторами.

Рис. 15.1. Маслёнки для периодической смазки: а, б – жидкими маслами; в, г – консистентной смазкой.

Простейшими устройствами, предназначенными для индивидуальной периодической смазки узлов трения, являются маслёнки (рис. 15.1). Для подачи жидких масел применяют масленки с поворотной крышкой (рис. 15.1, а) и шариковые (рис. 15.1, б). Масло в эти маслёнки подается с помощью переносных наливных маслёнок или специальных шприцов. Для подачи консистентной (пластичной) смазки применяются колпачковые маслёнки (рис. 15.1, в) и прессмаслёнки (рис. 15.1, г). Внутренняя полость колпачковой маслёнки заполняется смазочным материалом и посредством периодического подкручивания колпачка на 1…2 оборота проталкивается к узлу трения. Консистентная смазка через прессмаслёнку продавливается в узел трения специальным шприцом, в полости которого создаётся избыточное давление вручную или механически.

Для обеспечения постоянного смазывания зубчатых, червячных и цепных передач наибольшее распространение получила картерная смазка окунанием. При этом способе смазки жидкое масло необходимой консистенции заливается непосредственно в корпус механизма, причём его уровень устанавливается таким, чтобы часть зубьев, участвующих в работе передачи, в своём движении проходила через масляную ванну. Такой способ смазки применим при окружных скоростях зубчатых венцов колёс до 15 м/с. При более высоких окружных скоростях зубьев колёс применяют струйную смазку с подачей масла струёй под избыточным давлением непосредственно в зону контакта зубьев. Глубина погружения в масляную ванну зубьев цилиндрических колёс должна составлять не менее удвоенной высоты зуба в неработающем механизме. Глубина погружения червяка при его нижнем расположении относительно червячного колеса может составлять до половины его делительного диаметра, однако уровень масла выше середины тел качения подшипников, установленных на валу червяка, нежелателен.

При низком уровне масла в картере на быстроходные валы устанавливают специальные разбрызгиватели. Смазывание зубчатого зацепления и подшипников в этом случае осуществляется за счёт образования масляного тумана в полости корпуса передачи.

Уплотняющие устройства.

В местах соединения корпусных деталей, а также в местах входа и выхода валов в корпус механизма устанавливаются уплотняющие устройства (уплотнения), предназначенные для защиты внутреннего пространства механизма от попадания вредных ингредиентов внешней среды (воды, пыли, абразивных частиц) и для предохранения от вытекания из внутреннего пространства смазочных материалов.

Классификация уплотнений:

1.  по характеру относительной подвижности деталей, между которыми устанавливается уплотнение –подвижное и неподвижное;

2.  по характеру взаимодействия с движущейся деталью – контактные (рис. 15.2, а, б, в, г) и бесконтактные(рис. 15.2, д, е);

3.  по способу создания уплотняющего давления между уплотнительным элементом и подвижной деталью –пассивные или натяжные (рис. 15.2, а, б), в которых необходимое давление между уплотняемыми поверхностями создается за счёт деформации уплотняющего элемента и не зависит от давления среды в полости корпуса механизма, и активные (рис. 15.2, в, г), в которых давление между уплотняемыми поверхностями растет пропорционально увеличению давления во внутренней полости механизма;

4.  в зависимости от материала, из которого изготовлен уплотняющий элемент – металлические (рис. 15.2, б, г)и неметаллические (рис. 15.2, а, в);

5.  по форме подвижной уплотняемой поверхности – торцевые (плоскостные, рис. 15.2, г), цилиндрические (рис. 15.2 а, б, в, д, е, ж), конические, сферические.

Рис. 15.2. уплотнения валов: а – сальник; б – металлические кольца; в – манжетное;  г – торцовое; д – лабиринтное; е – двойное лабиринтное  ж – комбинированное (сальник + щелевое).

Из контактных уплотнений валов наиболее широкое применение находят сальниковые (рис. 15.2, а) и манжетные (рис. 15.2, в) уплотнения.

Сальники – неметаллические контактные уплотнения пассивного типа. Применяются сальниковые уплотнения при относительных скоростях скольжения (скорость уплотняемой поверхности вала) до 5 м/с и давлениях в рабочей полости до 0,5 МПа.

Рис. 15.3. Конструкция резиновой армированной манжеты: 1 – браслетная пружина; 2 – тело манжеты; 3 – металлическая армирующая вставка

Простейшее сальниковое уплотнение (рис. 15.2, а) содержит кольцо прямоугольного сечения, пропитанное смазывающим материалом и запрессованное в трапециевидную канавку, угол между боковыми поверхностями которой составляет 20…30.Сальниковое кольцо чаще всего выполняют из войлока, или кожи и проваривают его перед установкой в консистентной смазке.

В манжетных уплотнениях (рис. 15.2, в) предварительное поджатие уплотняющей кромки манжеты к поверхности вала происходит за счёт деформации манжеты и натяжения браслетной пружины, которой всегда снабжается манжета (рис. 15.3). Увеличение давления во внутренней полости корпуса механизма способствует возрастанию усилия, прижимающего ласт манжеты к поверхности вала, препятствуя тем самым сообщению внутренней полости с внешней средой. Армированные манжеты могут изготавливаться как из различных резиновых смесей, так и из пластиков (полиуретан, поливинилхлорид). Манжетные уплотнения могут применяться при скоростях скольжения до 10 м/с.

Бесконтактные уплотнения можно разделить на 3 основных группы:

1.    уплотнения сопротивления (резистивные);

2.    инерционные уплотнения;

3.    насосные уплотнения.

Рис. 15.4. Бесконтактные уплотнения:  а – щелевое с канавками в щели, б – лабиринтное, в – насосное сдвоенное.

Резистивные уплотнения представляют собой тонкую щель или лабиринт, создающие за счёт малого поперечного сечения и большой протяжённости повышенное сопротивление протеканию жидкостей и газов (рис. 15.2, д, е и рис. 15.4, а, б). В таком уплотнении утечки возможны постоянно, но они не велики и выполняют положительную роль, вынося наружу посторонние частицы, попадающие в зону уплотнения. Щелевые уплотнения зачастую снабжаются дополнительными канавками (рис. 15.4, а), выравнивающими давление протекающей жидкости по окружности щели, и создающие дополнительное сопротивление протекающей жидкости.

К инерционным уплотнениям можно отнести маслоотбрасывающие кольца и диски, устанавливаемые на валах рядом с подшипниковыми гнёздами. Частицы жидкости или твёрдые, попадая на вращающийся вместе с валом диск, отбрасываются силами инерции по радиусам на периферию. Таким образом исключается возможность их попадания в зазор между валом и отверстием, через которое он проходит.

Пример исполнения насосного уплотнения представлен на рис. 15.4, в. Основным элементом этого уплотнения являются резьбовые канавки, нарезанные на поверхности части вала, находящейся в отверстии, через которое вал проходит. Направление нарезки канавок выбрано таким, что любая частица, попавшая в канавку, при вращении вала, двигаясь по канавке за счёт сил инерции, будет выброшена из зазора. Такой процесс может происходить только при вращении вала в одну сторону, на элементе, изображённом на рис. 15.4, в, а уплотнение будет работать только тогда, когда вал будет вращаться против часовой стрелки, если смотреть на его торец с левой стороны. Поэтому такое уплотнение можно применять в тех механизмах, где вал постоянно имеет однонаправленное движение.

Наличие зазора в бесконтактных уплотнениях не обеспечивает их герметичности при неработающем механизме, однако в процессе работы механизма эти уплотнения весьма успешно защищают его внутреннее пространство от пыли и грязи. По этой причине такие уплотнения применяют, как правило, совместно с контактными, устанавливая их снаружи от последних (рис. 15.2, ж).